(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなり底板の外底面に底部電極を備えた容器本体と、前記容器本体内に収容された圧電振動素子と、前記圧電振動素子を気密に封止する蓋体とを有する圧電振動子と、
前記底部電極と電気的に接続されるＩＣ部品と、
前記底部電極と電気的に接続された調整用端子と電気的及び機械的に接続され、前記容器本体の前記外底面に配置されたバンプ状の調整用電極と、
前記容器本体の前記外底面に配置され、前記バンプ状の調整用電極より前記容器本体の前記外底面を基準とした高さが高いバンプ状の電極と
を備えた表面実装型圧電発振器ユニットであって、
前記バンプ状の調整用電極は、前記表面実装型圧電発振器ユニットの側面方向からみて露出するように前記容器本体の前記外底面に配置され、
前記バンプ状の電極を実装用の端子としたことを特徴とする表面実装型圧電発振器ユニット。
【請求項２】
絶縁材料からなり底板の外底面に底部電極を備えた容器本体と、前記容器本体内に収容された圧電振動素子と、前記圧電振動素子を気密に封止する蓋体とを有する圧電振動子と、
前記底部電極と電気的に接続されるＩＣ部品と、
バンプ状の調整用電極と、
前記容器本体の前記外底面に配置された実装用のバンプ状の電極と
を備えた表面実装型圧電発振器ユニットであって、
前記容器本体は、前記外底面に凹所が設けられ、前記凹所内に前記底部電極と電気的に接続された調整用端子が配置され、
前記バンプ状の調整用電極は、前記表面実装型圧電発振器ユニットの側面方向からみて露出するように前記容器本体の前記外底面の前記凹所内に配置され、前記調整用端子に電気的及び機械的に接続され、
前記バンプ状の電極が、前記バンプ状の調整用電極よりも突出した構成であることを特徴とする表面実装型圧電発振器ユニット。
【請求項３】
前記バンプ状の電極が前記容器本体と一体構成したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表面実装型圧電発振器ユニット。
【請求項４】
前記バンプ状の電極、及び前記バンプ状の調整用電極が球状の電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器ユニット。
【請求項５】
前記バンプ状の電極、及び前記バンプ状の調整用電極が耐熱樹脂に金属メッキ加工を施した構成の電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の表面実装型圧電発振器ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低背化を最大限に達成するために圧電振動子の下面にＩＣ部品及び球状バンプを搭載し、球状バンプによってマザーボード上に実装するように構成した圧電発振器でありながら、球状バンプとの接続を想定していないマザーボードに対しても実装することができる表面実装型圧電発振器ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化、及び小型化の急激な進展により、これらの通信機器に使用される水晶発振器等の圧電発振器に対しても、低価格化、小型化、及び薄型化の要請が高まっている。
このような要請に対応するために、従来からチップ部品を使用してパッケージ化した表面実装型圧電発振器が種々提案されている。表面実装型圧電発振器としては、底部に実装電極を備えた絶縁基板の表面に形成した配線パターン上に、水晶振動子等の圧電振動子や、発振回路部品及び温度補償回路部品等のチップ部品を搭載し、更にこれらの部品を包囲するように金属キャップを絶縁基板に固定した圧電発振器が知られている。
しかし、このタイプの発振器は、絶縁基板の表面上に全ての部品を並列に搭載する構成であるため、絶縁基板の面積が大きくなり、小型化の要請を満たすことが困難であった。
【０００３】
図５は、このような不具合を解消するために、本出願人が提案した表面実装型の圧電発振器（特許文献１）の構成を示す縦断面図であり、この圧電発振器１００は、圧電振動子１０１の容器１０２の底面にＩＣ部品１０３と、大バンプ１０４を搭載した構成を備えている。
圧電振動子１０１は、容器１０２内の空所に圧電振動素子（圧電基板上に励振電極を形成した素子）１１０を収容した状態で金属蓋１１１によって空所を気密封止した構成を備える。容器１０２は、セラミック、或いはガラスエポキシ等から成る容器本体１１２と、金属蓋１１１から成る。容器本体１１２は、底板１１３と、底板１１３上に固定された環状の外壁１１４とから一体形成されている。底板１１３は、２枚のセラミックシート１１３ａ、１１３ｂからなり、このセラミックシート１１３ａ、１１３ｂと、外枠１１４を構成するセラミックとを積層して焼結することにより、容器本体１１２が形成される。
【０００４】
底板１１３の底面には底部電極１２０と、バンプ用パッド１２２を夫々形成する。底部電極１２０は小バンプ１２１を介してＩＣ側電極１０３ａと半田接続される。バンプ用パッド１２２は、大バンプ１０４を介して図示しないマザーボード上の配線パターンと半田接続される。
この絶縁基板１０２は、小型化の要請に応じるために最小化されているので、その裏面におけるＩＣ部品や大バンプの搭載面積も極限られた狭いスペースとなっている。
ＩＣ部品１０３は、発振回路、温度補償回路等を集積した半導体チップを絶縁樹脂等により包摂一体化した構成を備えており、その外面（上面）には半導体チップの各端子から引き出されたＩＣ側電極１０３ａが配置されている。このＩＣ側電極１０３ａを底板１１３の裏面に設けた底部電極１２０に半田接続することにより、ＩＣ部品１０３は搭載される。
大バンプ１０４は、例えば球状の耐熱樹脂に金属メッキ加工を施した電極であり、底板１１３の裏面のバンプ用パッド１２２に対して半田接続により固定されている。この大バンプ１０４を図示しないマザーボード上の配線パターンに半田によって接続することにより、マザーボードに対する圧電発振器の搭載が行われる。
【０００５】
上記の如き構成を備えた圧電発振器においては、底板１１３の底面に搭載したＩＣ部品１０３に係数などの設定値を書き込み、周波数や温度補償量を調整するための調整用端子１３０を設ける場所として、底板１１３の側面を選定する。即ち、調整用端子１３０は、側壁外面に凹所を形成して金属片を埋込み、更に金属片を各底部電極１２０から伸びる接続導体と導通させた構成を備えている。この調整用端子１３０に対して横方向から、調整機器から伸びるプローブピン等を当接させることにより、ＩＣ部品１０８内の各種回路に対する設定値の確認、調整を行うことが可能となる。
【特許文献１】特開２００３−２２４４２６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、表面実装用電極としてバンプを使用した圧電発振器は、圧電発振器をメーカーから購入してマザーボード上に搭載する作業を行うアッセンブリメーカーによって好まれないことがある。即ち、平坦な板状の表面実装用電極を備えた圧電発振器を搭載するのに適したマザーボード、マウント設備を標準的に使用するアッセンブリメーカーにとっては、バンプ形状の表面実装用電極は自社の規格に沿わないものとなる。このような場合に、圧電発振器メーカーがバンプの使用を断念して平板状の表面実装用電極を備えた圧電発振器を新たに設計して製造するとすれば、圧電振動子１０１の底面にＩＣ部品１０３を搭載することが不可能となるため、図５に示した如き低背化は不可能となる。つまり、図５の圧電発振器にあっては、大バンプ１０４の直径を利用して底板１１３とマザーボードとの間に形成される空間を活用して、底板底面にＩＣ部品１０３を搭載しているため、発振器の全高を低くすることに成功しているが、大バンプを使用できない場合には上記メリットが失われ、低背化に支障が生じることが明らかである。
【０００７】
このように圧電振動子の容器を構成する底板の外底面に直接大径のバンプと、ＩＣ部品を搭載することにより、低背化を実現した圧電発振器においては、表面実装用電極としてバンプの使用が制限される場合に対応することができないという問題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、表面実装用電極としてバンプを使用した圧電発振器を、平板状の表面実装用電極向けに設計されたマザーボード上に搭載することを可能ならしめる表面実装型圧電発振器ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、絶縁材料からなり底板の外底面に底部電極を備えた容器本体と、前記容器本体内に収容された圧電振動素子と、前記圧電振動素子を気密に封止する蓋体とを有する圧電振動子と、前記底部電極と電気的に接続されるＩＣ部品と、前記底部電極と電気的に接続された調整用端子と電気的及び機械的に接続され、前記容器本体の前記外底面に配置されたバンプ状の調整用電極と、前記容器本体の前記外底面に配置され、前記バンプ状の調整用電極より前記容器本体の前記外底面を基準とした高さが高いバンプ状の電極とを備えた表面実装型圧電発振器ユニットであって、前記バンプ状の調整用電極は、前記表面実装型圧電発振器ユニットの側面方向からみて露出するように前記容器本体の前記外底面に配置され、前記バンプ状の電極を実装用の端子としたことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、絶縁材料からなり底板の外底面に底部電極を備えた容器本体と、前記容器本体内に収容された圧電振動素子と、前記圧電振動素子を気密に封止する蓋体とを有する圧電振動子と、前記底部電極と電気的に接続されるＩＣ部品と、バンプ状の調整用電極と、前記容器本体の前記外底面に配置された実装用のバンプ状の電極とを備えた表面実装型圧電発振器ユニットであって、前記容器本体は、前記外底面に凹所が設けられ、前記凹所内に前記底部電極と電気的に接続された調整用端子が配置され、前記バンプ状の調整用電極は、前記表面実装型圧電発振器ユニットの側面方向からみて露出するように前記容器本体の前記外底面の前記凹所内に配置され、前記調整用端子に電気的及び機械的に接続され、前記バンプ状の電極が、前記バンプ状の調整用電極よりも突出した構成であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る表面実装型圧電発振器ユニットは、前記バンプ状の電極が前記容器本体と一体構成したものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る表面実装型圧電発振器ユニットは、前記バンプ状の電極、及び前記バンプ状の調整用電極が球状の電極であることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、前記バンプ状の電極、及び前記バンプ状の調整用電極が耐熱樹脂に金属メッキ加工を施した構成の電極であることを特徴とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、表面実装用電極としてバンプを使用した圧電発振器を、平板状の表面実装用電極向けに設計されたマザーボード上に搭載することを可能ならしめる表面実装型圧電発振器ユニットを提供することができる。また、シート基板を装着しないことにより、バンプを利用した表面実装も可能となるので、汎用性の高い圧電発振器の提供が可能となる。
【００１７】
本発明は、容器本体の外底面に配置され、バンプ状の調整用電極より容器本体の外底面を基準とした高さが高いバンプ状の電極を備えているため、バンプ状の調整用電極がマザーボード上の配線パターンと干渉する恐れがなくなる。
また、本発明は、バンプ状の電極が、バンプ状の調整用電極よりも突出した構成であるので、圧電発振器からシート基板を取り外してバンプ状の電極を露出させ、このバンプ状の電極を表面実装用電極として利用する場合に、バンプ状の調整用電極がマザーボード上の配線パターンと干渉する恐れがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を添付図面に示した実施の形態にもとづいて詳細に説明する。
なお、以下の実施形態では表面実装型圧電発振器の一例として表面実装型水晶発振器を用いて説明する。
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は本発明の一実施形態に係るシート基板の表面側斜視図、裏面図、シート基板を装着した表面実装型水晶発振器（発振器ユニット）の一部断面正面図、及び要部断面図である。
【００１９】
このシート基板５０は、矩形の絶縁シート５１の四隅の上下両面に夫々上パッド５２と下パッド５３を形成し、更に上下両パッド５２、５３間を接続導体５４によって導通させた構成を備えている。絶縁シート５１は、例えばガラスエポキシ系材料、セラミック材料等の薄いシート材や、フレキシブル基板等から構成する。両パッド５２、５３は、導電性を有した金属膜から構成する。接続導体５４は、例えば絶縁シート５１の適所、例えば角隅部に設けた切欠き（ビアホール）５５内に導電膜を形成することにより、各パッド５２、５３間を一対一で導通させる。上下のパッド５２、５３を導通させる構成としては、図示以外の構成、例えばスルーホール等を用いてもよい。
このシート基板５０は、図１（ｃ）に示す如く、表面実装型圧電発振器０の底部に位置する全ての大バンプ４に対して半田、導電性接着剤等のバインダを用いて全ての上パッド５２を一対一で電気的機械的に固定されることにより、表面実装用圧電発振器ユニット（以下、発振器ユニット、という）６０を構築する。この発振器ユニット６０にあっては、大バンプ４の下部に接続したシート基板５０の下面に設けた下パッド５３を、図示しないマザーボード上の配線パターンに半田接続する際の表面実装用電極として利用することとなる。
【００２０】
次に、図１（ｃ）に示した発振器ユニット６０について説明する。
発振器ユニット６０は、圧電発振器０に対してシート基板５０を一体化した構成を備えている。
圧電発振器０は、圧電振動子１の容器２の底面にＩＣ部品３と、大バンプ４を搭載した構成を備えている。
圧電振動子１は、容器２内の空所に圧電振動素子（圧電基板上に励振電極を形成した素子）１０を収容した状態で金属蓋１１（蓋体）によって空所を気密封止した構成を備える。容器２は、セラミック、或いはガラスエポキシ等から成る容器本体１２と、金属蓋１１から成る。容器本体１２は、セラミック等の絶縁材料から成る底板１３と、底板１３上に固定された環状の外壁１４とから一体形成されている。
【００２１】
底板１３の底面の中央寄り位置には、底部電極２０を形成するとともに、底板１３の下面の適所（この例では、四隅）にバンプ用パッド３１を夫々形成する。底部電極２０は小バンプ２１を介してＩＣ側電極３ａと半田接続される。バンプ用パッド３１は、大バンプ４を介して図示しないマザーボード上の配線パターンと半田接続される。
バンプ用パッド３１は例えば底板１３の外底面の四隅に設けられ、４つのバンプ用パッド３１のうちの２個は、水晶振動素子１０上の２つの励振電極と夫々導通されるホット側であり、他の２個のバンプ用パッド３１は、金属蓋１１と接続されるアース側である。
ＩＣ部品３は、発振回路、温度補償回路等を集積した半導体チップを絶縁樹脂等により包摂一体化した構成を備えており、その外面（上面）には半導体チップの各端子から引き出されたＩＣ側電極３ａが配置されている。このＩＣ側電極３ａを底板１３の裏面に設けた底部電極２０に半田接続することにより、ＩＣ部品３は搭載される。
【００２２】
大バンプ４は、例えば球状の耐熱樹脂に金属メッキ加工を施した電極であり、底板１３の裏面のバンプ用パッド３１に固定されている。この大バンプ４をシート基板５０の上面に設けた上パッド５２と半田等によって接続することにより、発振器ユニット６０を完成する。
これにより、大バンプ４を表面実装用電極として使用する発振器でありながら、平板状の表面実装用電極を使用した発振器の場合と同様の手法にてマザーボード上に搭載することが可能となる。即ち、平板状の表面実装電極専用のマザーボード、或いは平板状の表面実装電極を備えた発振器専用の実装装置を使用するアッセンブリメーカーにおいても、バンプを用いたタイプの発振器を使用することが可能となり、低背化のメリットをも享受することが可能となる。
【００２３】
なお、シート基板５０の上パッド５２と大バンプ４とを単に半田や導電性接着剤にて接続しただけでは接続強度を十分に確保できないこともある。この場合には大バンプ４からシート基板５０が脱落して作動不能に陥る恐れがある。また、マザーボード上にリフロー等によってシート基板５０の下パッド５３を接続する際に加わる熱によって、上パッド５２と大バンプ４とを接続していた半田が再溶融して接続強度の低下をもたらすことも多々ある。従って、シート基板５０とＩＣ部品との間、或いはシート基板５０と底板１３との間を絶縁性接着剤にて接着固定する方法を併用してもよい。
【００２４】
次に、図示の如くＩＣ部品３を底板１３の下面に搭載した場合には、近接する高周波部品等からの電磁波がＩＣ部品に入来し、誤動作を起こさせる原因となる。このような不具合に対しては、シート基板５０の上面であって、ＩＣ部品と対面する領域及び／又はその周辺に接地用の導体膜５６（図１（ａ））をベタ状態で形成することが好ましい。接地用の導体膜５６は、例えば４つのバンプ用パッド３１のうちの接地用のパッドと大バンプ４を介して接続される接地用の上パッド５２ａと接続することによりシールド効果を確保することができる。接地用の上パッド５２ａは直下に位置する設置用の下パッドを介してマザーボード上の接地用配線パターンと接続される。
なお、この接地用の導体膜５６は、シート基板５０の上面のみならず、シート基板の中間層（肉厚内部）に配置してもよい。
【００２５】
上記の如き構成を備えた圧電発振器ユニット６０においては、底板１３の底面に搭載したＩＣ部品３の特性を測定、調整するための調整用端子４０は、底板１３の側面に配置される。即ち、調整用端子４０は、側壁外面に凹所を形成して金属片を埋込み、更に金属片を各底部電極２０から伸びる接続導体と導通させた構成を備えている。この調整用端子４０に対して横方向から、調整機器から伸びるプローブピン等を当接させることにより、ＩＣ部品５内の各種回路に対する設定値の確認、調整を行うことが可能となる。一方、調整に際しては、各大バンプ４と接続された下パッド５３に対して電力供給用、出力用、アース用、周波数検査用の各プローブピンを下側から当接させて通電した状態で調整及び周波数測定を行う必要がある。しかし、調整用端子４０に対しては横方向からプローブピンを当接させる一方で、シート基板下面の下パッド５３に対しては下側からプローブピンを当接させることになるため、プローブピンの配置、構成が複雑化するだけでなく、接触不良が発生し、測定不良が発生する恐れがある。特に、肉厚の薄い底板１３の側面に調整用端子４０を配置するため、調整用端子４０の面積は極めて小さくなり、プローブピンを正確に当接させることが容易ではなかった。
【００２６】
図２（ａ）及び（ｂ）は上記不具合を解決するための他の実施形態に係る圧電発振器ユニットの構成図、及びシート基板の平面図である。
この実施形態の特徴的な構成は、底板１３の下面であって、他の電極と干渉しない位置に比較的大きい面積の調整用端子４０を配置する一方で、大バンプ４と固定されたシート基板５０の絶縁シート５１上の、各調整用端子４０と対面する位置に、調整用のプローブピンを差し込むための開口５１ａを形成した点にある。つまり、各調整用端子４０の直下に位置する絶縁シート５１の部分を貫通してプローブピン挿入用の開口５１ａを形成したものである。
これによれば、開口５１ａから上向きに調整用のプローブピンを差し入れて先端を広い面積の調整用端子４０と接触させるので、接触不良や測定不良が発生しにくく、しかもシート基板下面の下パッド５３に対しても下側から上向きに夫々の専用プローブピンを当接させることとなるので、プローブピンの配置、構成が単純となり、また接触不良も発生しにくくなり、測定精度が向上する。
【００２７】
次に、図３（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る表面実装型圧電発振器ユニットの一部断面正面図、及びシート基板の平面図である。この発振器ユニット６０は、調整用端子４０を底板１３の下面に配置すると共に、大バンプ４と同径の他の大バンプ（調整用大バンプ）４１を各調整用端子４０に半田等により固定し、更に全ての大バンプ４、４１の下部をシート基板５０の上面に設けた上パッド５２、５２ｂに対して半田等によって電気的機械的に接続することによりシート基板５０を固定したものである。
これによれば、シート基板５０を８個の大バンプ４、４１にて固定支持するので、発振器０との間の接続強度が倍増する。
また、プローブピンを用いた調整に際しては、各底部電極２０と接続された各大バンプ４と、各調整用端子４０と接続された各大バンプ４１に対して、横方向からプローブピンを当接させるようにすれば、全てのプローブピンを当接させる方向が同方向となるので、プローブピンの構成の複雑化を避けることができる。なお、図１（ａ）に示した如き接地用の導体膜５６をＩＣ部品３と対面するシート基板上面の領域に設けてシールド効果を確保するようにしてもよい。
【００２８】
次に、図３に示した発振器ユニットの構成において、シート基板５０を接続せずに大バンプ４を露出させ、この大バンプ４マザーボード上の配線パターンに実装しようとする場合には、大バンプ４と同レベルに突出する他の大バンプ４１が、マザーボード上の他の配線パターンをショートさせる恐れがある。そこで、図４に示した実施形態では、底板１３の外底面に凹所６５を設けると共に凹所６５内に調整用端子４０を配置し、凹所６５内に大バンプ４１の一部を没入させ、半田等を用いて調整用端子４０と電気的機械的に固定した。この結果、大バンプ４１の突出量は、大バンプ４の突出量よりも少なくなり、十分に底板側へ引っ込んだ状態となる。
このため、シート基板５０を接続せずに、大バンプを用いた表面実装を行ったとしても、調整用端子に接続された大バンプ４１が短絡等の不具合をもたらす恐れが皆無となる。
なお、図１（ａ）に示した如き接地用の導体膜５６をＩＣ部品３と対面するシート基板上面の領域に設けてシールド効果を確保するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は本発明の一実施形態に係るシート基板の表面側斜視図、裏面図、シート基板を装着した表面実装型水晶発振器（発振器ユニット）の一部断面正面図、及び要部断面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は上記不具合を解決するための他の実施形態に係る圧電発振器ユニットの構成図、及びシート基板の平面図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る表面実装型圧電発振器ユニットの一部断面正面図、及びシート基板の平面図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る圧電発振器の一部断面正面図、及び底面図。
【図５】従来例に係る圧電発振器の構成を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００３０】
０  圧電発振器、１  圧電振動子、２  容器、３  ＩＣ部品、４  大バンプ、１０  圧電振動素子、１１  金属蓋、１２  容器本体、１３  底板、２０  底部電極、２１  小バンプ、３１  バンプ用パッド、４０  調整用端子、５０  シート基板、５１  絶縁シート、５１  開口、５２、５２ａ  上パッド、５３  下パッド、５４  接続導体、５５  切欠き（ビアホール）、５６  接地用導体膜、６０  表面実装用圧電発振器ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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